機器の扉におけるスプリングヒンジの閉め付けトルクの指定方法

指定するには 機器用ドア用の自動閉鎖式ヒンジ, 、同じ取り付け角度において、ヒンジが提供できる最小の反トルクと、ドアの反対方向のトルクとを比較してください。ヒンジセットは、所定の解放位置からドアを動かし始め、意図された閉め動作を完了させると同時に、開け時の力と閉め時の衝撃をプロジェクトの許容範囲内に収めなければなりません。完成したドアで結果を確認してください。.

全開の状態から閉まるドアであっても、ラッチ付近で手を離すと、その手前で止まってしまうことがあります。その箇所では、シールやラッチランプ、ケーブルなどが抵抗を加えるため、スプリングの戻り力が弱くなる可能性があります。カタログに記載されている最大トルク値だけでは、その位置からドアが確実に閉まるかどうかは判断できません。.

この記事では、所定の閉位置に向かって動く必要がある機器用ドア用のスプリングリターンヒンジについて解説します。スプリングヒンジと別売のドアクローザーのどちらを選ぶかまだ迷っている場合は、まず スプリングヒンジとドアクローザーの比較.

ドアの閉まる動きを定義する

設置されたドアが果たすべき機能を定義してください。具体的には、枠に収まること、プッシュ・トゥ・クローズ式のラッチを噛み合わせること、あるいはガスケットを所定の位置まで圧縮することです。実際の枠、シール、ラッチ、ハンドル、および配線を含めてください。.

手動式の圧縮ラッチの場合、ヒンジはドアを手の届く位置まで動かすだけであり、完全に密閉するには人がハンドルを回す必要があります。その一連の動作におけるヒンジの役割を明記してください。.

以下の3つの点が、運動の要件を立証している：

• リリース範囲： ドアが追加の押し込みなしに閉まり始めるための初期位置。完全に開いた位置だけでなく、必要な最小の解放角度も明記してください。.
• 最終状態： 「閉まっている」とみなされるのは、ドアの位置、ラッチの噛み合わせ、およびシールの状態です。ラッチボルトにドアが当たっているだけでは、必ずしもラッチがかかっているとは限りません。.
• インストール状況： ヒンジ軸の向き、機器の取り付け姿勢、およびその動きが必要とされる動作条件。.

最大開度範囲とは別に、解放範囲を設定します。ホールドオープン機能、止め金、またはバネによる係合ゾーンにより、本来は許容されるスイング範囲の一部において、自動復帰が妨げられる場合があります。.

横開きドアと水平開閉式の蓋では、それぞれ異なる計算が必要となります

垂直軸を中心に回転する理想的な横開きドアの場合、重力は当該軸に対する閉鎖モーメントを生じさせません。ドアの質量は、依然として支持荷重、軸受摩擦、たわみ、および慣性に影響を与えます。質量にドア幅の半分を乗じただけでは、必要な閉鎖トルクにはなりません。.

水平軸の蓋には、角度に依存する重力モーメントがあり、これがばねの作用を助けることもあれば、妨げることもあります。軸が傾斜している場合も、重力の影響が生じることがあります。. サウスコ社のトルク選定に関する解説 これらの向きを区別します。蓋の保持に関する計算を流用するのではなく、横開きドアの設置時の抵抗値を算出してください。.

データシートに記載されている締め付けトルクの読み方

スプリングヒンジの閉め付けトルクは、通常、角度位置によって変化します。サプライヤーを比較する前に、各図面上の基準位置を特定し、それを設置後のドアの角度に換算してください。カタログに記載されているゼロ位置は、設備のドアと枠の位置関係ではなく、ヒンジの葉板の位置を表している場合があります。.

例えば、KIPPの 0.7 N·mのスプリング式ヒンジ 同社のカタログにおける角度表記法に基づき、閉鎖ばねの値として0°で0.23 N·m、90°で0.45 N·m、180°で0.7 N·mと記載されています。 これらは当該メーカーの製品に関するデータであり、HSPヒンジの定格値ではありません。この例は、角度が明記されていない「0.7 N·m」という数値が不完全である理由を示しています。.

記載されている値が、ばねの理論上のトルクなのか、それとも組み立て済みヒンジの測定出力なのかを確認してください。内部摩擦は、戻り動作時の出力に影響を与えます。. グデンのスプリングヒンジのトルクに関するメモ ばねとヒンジの摩擦によってヒステリシスが生じることを説明しており、報告されているその値は、定義されたヒンジの位置に対応している。.

したがって、ヒンジを開くために必要な力は、同じ角度だけ戻す際にヒンジが発揮する力とは異なる場合があります。自動閉鎖性能を評価するには、閉じる方向の出力を用いてください。また、操作者が克服しなければならない力を評価するには、開く方向の測定値を用いましょう。.

許容誤差および試験条件を明記した上で、臨界位置における閉方向のトルク値、あるいはトルク-角度曲線を取得すること。必要な戻り方向のデータがない場合の最大値だけでは、選定には不十分である。.

クローズポジション付近のレジスタンス

閉鎖時の抵抗は必ずしも一定とは限りません。ドアは可動範囲の大部分では自由に開閉できますが、シールが最初に圧縮されたときや、ラッチボルトがキーパーに接触したときに、抵抗が急激に増加することがあります。また、配線ループによって、開閉動作の早い段階で抵抗が生じる場合もあります。.

各抵抗負荷を、それが発生する角度と対応付けます。スプリングのトルクを上げる前に、以下の確認事項を用いて、意図された抵抗と設置上の問題とを区別してください。.

ヒンジの葉を締め付けた後に抵抗が増加した場合は、取り付け状態を確認してください。この現象は、アライメントを確認すべき理由であり、単一の原因を証明するものではありません。その 産業用ヒンジの軸位置合わせガイド その診断について詳しく解説しています。.

初期の作用力の確認には、測定された接線力を等価なモーメントに変換することができます：

M = F × r, 、ここで F は接線方向の力（ニュートン単位）、r はヒンジ軸から引張点までの距離（メートル単位）です。結果は N・m 単位で表されます。接線方向ではない引張力の場合は、引張点までの距離の代わりに、ヒンジ軸から力の作用線までの垂直距離を使用してください。.

測定中に、角度、方向、引張点、および作動している構成要素を記録してください。ばねがまだ作動している状態で、ゲージはアセンブリの正味応答を測定しますが、これはシールやラッチの抵抗を個別に測定したものではありません。 これらの寄与を分離するには、制御された部品試験、またはリターン機構を隔離した適切に支持されたアセンブリが必要になる場合があります。蓄積されたばねエネルギーを隔離する際は、ヒンジメーカーの指示に従ってください。.

また、静止しているドアを再始動させるのに必要な力と、ドアを動かし続けるのに必要な力を区別する必要があります。スウィープ速度が遅すぎると、解放されたドアが動き出すのを妨げる抵抗を見逃してしまう可能性があります。フィクスチャおよび計測器に関する詳細なガイダンスは、 ヒンジのトルクの測定方法.

損失を二重に計算しないようにしてください。サプライヤーの返品値に内部ヒンジの摩擦がすでに含まれている場合は、その同じ摩擦を反対側の荷重の合計から除外してください。設置済みゲージの測定値に何が含まれているかを確認してから、部品データと組み合わせてください。.

閉鎖トルク範囲と開放力の上限を設定する

最小の戻りトルクは、閉め動作によって生じます。開ける際の力、閉め動作の特性、および構成部品の負荷によって、アセンブリで使用できるばねトルクの大きさが制限されます。より強力なばねを使用すれば、閉め動作の不足を解消できる一方で、ドアを開けるのが難しくなる可能性があります。.

自由に動くドアの予備的な低速スクリーニングを行う場合は、閉じる方向を一定の「正」の方向として設定してください：

利用可能な戻りトルク＋補助トルク ＞ 反対方向のトルク

この関係式を、所定の条件のもとで利用可能な最小出力と、想定される最大の反対荷重を用いて、必要な移動距離全体に適用する。各必要な解放位置において、静止状態からの始動抵抗を含めること。等式が成立するため、変動に対する余裕は残されない。.

これはスクリーニング用の関係式であり、完全な動的モデルではありません。加速度、速度依存の減衰、ラッチ接触、および衝撃によって結果が変わる可能性があります。ドアが押されたり、大きく揺れたりして初めて閉まる場合、その運動量によって、スプリングが静止状態から克服できない障害物を通り過ぎてしまう可能性があります。.

余裕幅は、生産量のばらつき、組立抵抗、温度、摩耗、および測定の不確かさを基に設定してください。不足している入力値については、サプライヤーのデータや管理された試験によって補完してください。一律の割合では、その組立品に必要な余裕幅を決定することはできません。.

以下の方法を使用して、開口力の限界値を確認してください。 始動方向トルク, 、クロージャに使用される正味のリターン値ではありません。指定されたハンドル位置で接線方向の引力を加えると、, F = M / r. 。ここで、M は計算に含まれる開方向の抵抗トルク、r はヒンジ軸からのハンドルまでの距離である。シール解除、ラッチ作動、およびケーブル荷重については、M にすでに含まれていない限り、別途余裕を見込む必要がある。.

実際の作動位置でドア全体を測定してください。ハンドルをヒンジ軸に近づけるほど、同じ抵抗トルクに対して必要な力は大きくなります。外縁で測定された結果は、ハンドルが内側に配置された位置で測定された結果とは互換性がありません。.

また、リターンスプリング自体には、閉まり速度を制御する機能は本来備わっていません。候補となる製品が確実に閉まるものの、フレームに強く当たりすぎる場合は、減衰機構と閉まりの要件を評価してください。スプリングのトルクを単に増減させるだけでは、その両方を満たせない場合があります。.

理論上、十分なトルクを持つ2つのヒンジ

互換性のある同軸ヒンジが取り付けられた剛性ドアでは、作動スプリングによる閉め込み力が加算されます。自由に揺れる補助ヒンジは支持力と摩擦力を提供しますが、バネによる戻り力はありません。実際に閉め込みトルクを発生させるヒンジの数を数え、それらが取り付けられている角度と同じ角度での値を使用してください。.

ドアは、ラッチがかかりきる直前で止まる

例として、閉じた状態から8°の位置にある静止状態から閉じる必要がある垂直軸の機器用ドアを考えてみましょう。このドアには2つのスプリングヒンジが取り付けられており、それぞれが全開位置で1.0 N·mのトルクを発揮すると記載されています。 この例では、設置位置である8°における最小正味復帰トルクが、ヒンジ1つあたり0.38 N·mであると仮定する。また、その位置における外部抵抗は、ヒンジの出力にすでに含まれている摩擦を除き、0.30 mの位置で3 Nの接線力に相当すると仮定する。.

• 利用可能な返りトルク： 2 × 0.38 = 0.76 N・m。.
• 反対方向のトルク： 3 × 0.30 = 0.90 N・m。.
• 不足額： 0.90 − 0.76 = 0.14 N・m（8°時）。.

元のペアは、公称最大値の合計が2.0 N·mであるにもかかわらず、この予備審査に合格できませんでした。まず、想定されている反対方向の荷重が、必要なシールやラッチの動作によるものか、それとも是正可能な干渉によるものかを確認してください。 もし設計抵抗が0.90 N·mのままである場合、ヒンジ1つあたり0.45 N·mではそれを相殺するに過ぎません。指定された最小出力は、適切な余裕を持ってそのレベルを上回っていなければなりません。.

8°の位置およびその他の重要な角度において、候補品の動作出力を確認してください。その後、修正後のアセンブリについて、静止状態から8°の位置、所定の解放範囲、および定義されたハンドル位置において試験を行ってください。 指定された最終状態に達し、かつ開放力および閉鎖挙動の許容範囲を満たしている場合にのみ、合格とする。計算によって不足が特定されたとしても、試験されていない代替品が合格するとは限らない。.

スプリングヒンジをもう1つ追加すると、トルクの合計値だけでなく、開閉に必要な力も変化します。また、共通の軸に沿わなければならない取り付け面がもう1つ増えます。構造上の耐荷重とスプリング出力は別々に確認する必要があります。ドアの重量をヒンジの数で割って、その結果を閉めトルクの仕様として扱ってはいけません。.

プリロードの調整が可能な場合、メーカーが指定する許容設定値および可動範囲の制限が適用されます。固定式のスプリングヒンジが現場で調整可能であるとか、プリロードを追加しても最大使用開口角が変わらないといったことは想定しないでください。.

検体とともに提出を求める証拠

サンプルの部品番号とリビジョン、ばねの方向、取り付け方向、組み合わされるヒンジ、および予圧設定を確認してください。寸法が一致するだけでは、その戻り挙動を再現することはできません。.

裏付けとなるデータは、製品ごとに以下の4つの質問に答えるものでなければなりません：

• どのような出力が利用可能ですか？ 合意された角度における閉鎖方向のトルク。指定された最小値、最大値、または許容誤差の範囲内であること。.
• それはどのようにして入手されたのですか？ 角度の基準、測定方向、速度または静的測定法、温度、および報告される出力値に内部ヒンジの摩擦が含まれているかどうか。.
• 使用後はどうなりますか？ 合意されたサイクル試験またはコンディショニング終了後、初期検査時と同じ方法および角度基準を用いて測定値を再測定する。.
• どのような構成でテストが行われたのですか？ 実際のヒンジまたはヒンジセット、ばねの取り付け状態、取り付け構成、および測定中に加わる支持荷重。.

サイクルカウントだけでは、閉鎖時の出力がどれだけ残っているかはわかりません。閉鎖間近の時点で、同じ方法を用いてサイクル開始時と終了後のリターン測定値を比較し、機能的なリリースチェックを繰り返してください。.

スプリングの出力やアセンブリの抵抗値に影響を与える可能性のある温度や暴露条件（冷えたガスケット、潤滑剤の変更、汚染、腐食など）を明記してください。完全なトルク-角度曲線が利用できない場合は、ドアの重要な位置における測定値について合意してください。.

装置ドア全体のリリース試験

ベンチ試験のデータから候補が特定される。設置試験により、実際のドア、枠、シール、ラッチ、配線、およびダンピング機構との組み合わせにおけるその挙動が確認される。.

1. 最終組立の状態を確定する。. 指定された取り付け金具および締め付け条件、量産仕様のドア質量と付属品、ならびに想定されるバネの構成を使用してください。試験を行う前に、意図しない接触がないか確認してください。.
2. 必要なポジションからの解放。. 最小開位置、シール部またはラッチ接点付近の位置、代表的な中間位置、および必要な最大解放位置を含めること。解放前にドアが安定するのを待って、意図しない押し込みが試験に含まれないようにすること。.
3. クローズまでの経過を観察してください。. 躊躇、ストール、リバウンド、または急激な衝撃が発生した場合は、その発生角度も含めて記録してください。音だけで判断するのではなく、実際の最終状態を確認してください。.
4. 指定されたグリップ位置での開口力を測定する。. 該当する始動力および移動力の限界値を評価し、必要に応じてラッチ動作を別途特定する。.
5. 指定された条件下で繰り返してください。. 合意された試験片数および反復回数、操作条件、環境条件、ならびにサイクル終了後の点検を遵守すること。構成の変更を記録し、影響を受ける要件について再試験を行うこと。.

ストール、リバウンド、または強い衝撃が発生した場合は、その角度に応じた記録が必要です。ストールの場合は、スプリングの設定を変更する前に、その位置での接触状態と反対方向の荷重を確認してください。強い衝撃の場合は、トルクだけでなく、減衰機構についても確認してください。全開状態から通過しただけでは小角度での閉まりが確認できず、フレームに接触しただけではドアがラッチされた状態を維持しているとは確認できません。.

自動閉鎖試験は、安全インターロックや密閉筐体の定格を認定するものではありません。いずれかが要求される場合、それ自体に関するシステムレベルの受入基準が依然として適用されます。ガード固有の考慮事項については、 機械用ガードおよび安全アクセスドア用のヒンジ.

図面に決済要件を記載する

ヒンジの出力を図面に示されたモーションに接続し、アセンブリ仕様書で許容される動作を定義してください。そうすれば、他のエンジニアも、元のデモンストレーションを見なくても、その両方を理解できるようになります。.

トルクがまだ確定していない場合は、機能要件を提示し、測定可能な出力範囲を尋ねてください。サンプルが指定されたドアの条件を満たすまでは、その提案を暫定的なものとみなしてください。.

以下を確認してください バネ式および自動閉鎖式のヒンジオプション これらの要件に照らして。トルクの確認については、, ドアの図面と開閉に関する要件をお送りください, 、ヒンジ軸の向き、解放範囲、ラッチまたはシールの配置、抵抗値（ある場合）、およびハンドルでの開閉力の上限などを含みます。サンプルを手配する前に、どの構成案や戻りトルクのデータが入手可能かを確認してください。.

自動閉鎖式ヒンジのトルクに関する質問

サプライヤーがドアの重量は記載しているものの、トルクについては記載していない場合はどうすればよいでしょうか？

その推奨値が、どのようなドアの形状、ヒンジの配置、解放角度、および動作条件に基づいて導き出されたものなのかを尋ねてください。重量に基づく選定表は製品の候補を絞り込むのに役立ちますが、シールやラッチに対して利用可能な戻りトルクを明確に示すものではありません。.

ヒンジは自動的にラッチにかみ合う必要がありますか？

それが指定された機能の一部であり、かつラッチが自動ロック機能を備えている場合に限ります。機器のドアによっては、元の位置に戻った後に手動でロックまたは押し込む必要があるものもあります。ばねを選定する前に、想定される動作順序を明記してください。.